Quỹ đạo và lực hấp dẫn
Bắn khẩu pháo của Newton ngày càng nhanh đến khi quả đạn rơi vòng quanh Trái Đất, và xem vì sao lực hấp dẫn yếu đi theo khoảng cách.
Chuẩn: HS-PS2-4
1Tò mò
Các phi hành gia trên trạm vũ trụ lơ lửng như thể không có trọng lực. Nhưng trạm chỉ cao khoảng 400 km, nơi trọng lực vẫn mạnh gần bằng ở mặt đất. Vậy sao trạm không rơi xuống?
2Khám phá
Hoạt động này cần màn hình lớn hơn
Hãy xoay ngang điện thoại, hoặc mở bài học trên máy tính bảng hay máy tính. Phần giải thích và câu hỏi bên dưới vẫn dùng được ở đây.
- Bắn với 5 km/s, rồi nhanh dần lên. Chỗ quả đạn rơi thay đổi thế nào?
- Tìm tốc độ để quả đạn không bao giờ chạm đất. Đường bay có phải hình tròn không?
- Thử 9,5 km/s. Giờ đường bay có hình gì? Quả đạn chậm nhất ở đâu?
- Xem mũi tên đỏ và số đo. Lực hút thay đổi ra sao khi quả đạn ở xa tâm gấp đôi?
- Tốc độ nhỏ nhất để quả đạn thoát ra là bao nhiêu?
3Giải thích
Bắn mạnh hơn, rơi xa hơn
Newton tưởng tượng một khẩu pháo trên ngọn núi rất cao. Quả đạn bắn ngang càng nhanh thì rơi càng xa quanh Trái Đất, vì mặt đất cong đi bên dưới nó.
Hai vật bất kỳ đều hút nhau. Quỹ đạo là một cú rơi luôn trượt khỏi mặt đất: vật chuyển động ngang đủ nhanh để Trái Đất cong đi bên dưới nó.
4Luyện tập
Một vệ tinh chuyển ra xa tâm Trái Đất gấp đôi. Lực hút bây giờ mạnh thế nào?
5Tóm tắt
- Trọng lực hút hai vật bất kỳ về phía nhau: F = G m₁ m₂ / r².
- Xa gấp đôi → lực còn ¼; xa gấp ba → còn 1/9.
- Quỹ đạo là rơi vòng quanh hành tinh trong khi chuyển động ngang đủ nhanh để luôn trượt khỏi nó.
- Gần Trái Đất: khoảng 7,9 km/s cho quỹ đạo tròn, 11,2 km/s để thoát ra.
- Quỹ đạo nhanh hơn kéo dài thành elip.